Considerazioni sulla saldatura orbitale nelle applicazioni di tubazioni per bioprocessi: parte II

Feb 29, 2024

Nota dell'editore: Pharmaceutical Online è lieta di presentare questo articolo in quattro parti sulla saldatura orbitale per tubazioni di bioprocessi scritto dall'esperta del settore Barbara Henon di Arc Machines. Questo articolo è stato adattato da un discorso tenuto alla fine dell'anno scorso dal Dr. Henon a una riunione dell'ASME.

Problemi di preoccupazione nella tecnologia di fabbricazione

Prevenire la perdita di resistenza alla corrosione. L'acqua altamente purificata come DI o WFI è un corrosivo molto aggressivo per l'acciaio inossidabile. Inoltre, il WFI di grado farmaceutico viene fatto circolare a temperature elevate (80°C) per mantenere la sterilità. Esiste una linea sottile tra l'abbassamento della temperatura abbastanza bassa da supportare organismi vitali che sarebbero fatali per il prodotto e l'aumento della temperatura abbastanza alta da favorire la produzione di "rouge". Il rossetto è una pellicola brunastra di composizione variabile derivante dalla corrosione dei componenti dei sistemi di tubazioni in acciaio inossidabile. È probabile che lo sporco e gli ossidi di ferro siano i componenti principali, ma possono essere presenti anche ferro, cromo e nichel in varie forme. La presenza del rossetto sarebbe fatale per alcuni prodotti e la sua presenza potrebbe provocare ulteriore corrosione, sebbene la sua presenza in altri sistemi sembri essere abbastanza benigna.

La saldatura può avere un effetto dannoso sulla resistenza alla corrosione. La tinta dovuta al calore, che è il risultato del materiale ossidato precipitato sulla saldatura e sulla ZTA durante la saldatura, è particolarmente dannosa ed è stata implicata nella formazione di rossetto nei sistemi idrici farmaceutici. La formazione di ossidi di cromo, che contribuiscono alla colorazione termica, lascia uno strato sottostante impoverito di cromo che è vulnerabile alla corrosione. La tinta dovuta al calore può essere rimossa mediante decapaggio e molatura che rimuove il metallo dalla superficie compreso lo strato sottostante impoverito di cromo e ripristina la resistenza alla corrosione a livelli vicini al metallo base. Tuttavia, il decapaggio e la molatura sono dannosi per la finitura superficiale. La passivazione dei sistemi di tubazioni con acido nitrico o formulazioni chelanti viene eseguita per superare gli effetti dannosi della saldatura e della fabbricazione prima che i sistemi di tubazioni vengano messi in servizio. L'analisi elettronica Auger ha dimostrato che la passivazione chelante può ripristinare i cambiamenti superficiali nella distribuzione di ossigeno, cromo, ferro, nichel e manganese che si verificano attraverso la zona di saldatura e interessata dal calore fino alla condizione di presaldatura. Tuttavia, la passivazione colpisce solo lo strato superficiale esterno e non penetra al di sotto dei 50Å, mentre la tinta termica può estendersi per 1000Å o più sotto la superficie.

Pertanto, per poter installare un sistema di tubazioni che si avvicini alla resistenza alla corrosione del materiale di base non saldato, è importante tentare di limitare il danno prodotto dalla saldatura e dalla fabbricazione a un livello che possa essere essenzialmente ripristinato mediante passivazione. Ciò comporta l'utilizzo di gas di spurgo con un contenuto minimo di ossigeno e la sua erogazione al diametro interno del giunto di saldatura senza contaminazione da parte dell'ossigeno atmosferico o dell'umidità. Anche il controllo accurato dell'apporto di calore durante la saldatura e l'evitare il calore eccessivo sono importanti per prevenire la perdita di resistenza alla corrosione. Il controllo del processo di fabbricazione al fine di ottenere saldature ripetibili e costanti di alta qualità e un'attenta gestione dei tubi e dei componenti in acciaio inossidabile durante la fabbricazione per prevenire la contaminazione sono requisiti essenziali per ottenere un sistema di tubazioni di alta qualità che resista alla corrosione e fornisca un lungo servizio produttivo vita.

La saldabilità dell'acciaio inossidabile 316L

I materiali utilizzati per i sistemi di tubazioni in acciaio inossidabile biofarmaceutico ad elevata purezza hanno subito un'evoluzione negli ultimi dieci anni verso una migliore resistenza alla corrosione. La maggior parte dell'acciaio inossidabile utilizzato prima del 1980 era l'acciaio inossidabile 304 poiché è relativamente economico e rappresentava un miglioramento rispetto al rame precedentemente utilizzato. Infatti, l'acciaio inossidabile della serie 300 è relativamente facile da lavorare e può essere saldato per fusione senza eccessiva perdita di resistenza alla corrosione e non richiede speciali trattamenti di preriscaldamento o postriscaldamento.